Gd2O3中摻雜Eu3+和Yb3+熒光粉的制備及熒光性能

閆鳳巧，肖林久，謝 穎,于 翠，王 聰，李 飛，畢春燕

(1.燕京理工學(xué)院 化工與材料工程學(xué)院，河北 廊坊 065201;2.沈陽(yáng)化工大學(xué) 遼寧省稀土化學(xué)及應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110142)

0 引言

在可持續(xù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟(jì)中，全球?qū)δ茉吹南M(fèi)與日俱增，開(kāi)發(fā)新型可再生的綠色能源已成為當(dāng)今社會(huì)面對(duì)的首要問(wèn)題.Becquerel A E最早發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)[1]， 1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等制備出了硅太陽(yáng)能電池，但是其光電轉(zhuǎn)化效率較低，理論轉(zhuǎn)換極限(Shockley-Queisser Limit)約為30%[2].從首次發(fā)現(xiàn)近紅外量子剪裁現(xiàn)象的Tb3+-Yb3+離子對(duì)，再到GeO2-B2O3-ZnO-LaF3∶Tm3+，Yb3+, YBO3∶Ce3+,Yb3+, YF3∶Er3+，Yb3+，YVO4∶Yb3+， LaF3∶Pr3+, Yb3+[3-8]等發(fā)光材料均發(fā)生了紅外量子剪裁現(xiàn)象.利用發(fā)光材料對(duì)太陽(yáng)光光譜進(jìn)行剪裁，可以將太陽(yáng)能電池吸收較弱的高能量的光子轉(zhuǎn)化為吸收較好的近紅外光子，大大提高太陽(yáng)能電池的效率.利用溶膠-凝膠法[9]制備了Gd2O3∶ Eu3+,Gd2O3∶ Yb3+與Gd2O3∶ Eu3+,Yb3+近紅外下轉(zhuǎn)換熒光粉，并對(duì)制備條件及熒光性能進(jìn)行了討論.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品的合成

按計(jì)量適量Gd2O3(4N)、Yb2O3(4N)、Eu2O3(4N)，檸檬酸的用量為金屬陽(yáng)離子的2倍溶解后備用.將Gd2O3、Yb2O3、Eu2O3分別溶于熱的濃硝酸，待完全溶解后倒入溶解的檸檬酸中，混合均勻后置于80 ℃恒溫水浴中，隨著水分蒸發(fā)溶液形成溶膠直至凝膠.將凝膠取出放干燥箱120 ℃恒溫干燥4 h，得到多孔蓬松體，研磨后得到前驅(qū)體.將研磨均勻的前驅(qū)體放入600 ℃馬弗爐預(yù)焙燒2 h，再將前驅(qū)體粉末在高溫管式爐中1100 ℃下燒制成所需樣品.

2.2 檢測(cè)

用德國(guó)Bruker-D8 X射線衍射儀測(cè)定樣品晶體結(jié)構(gòu)，采用Cukα(λ=0.154 056 nm)，電壓為40 kV，電流是40 mA，步長(zhǎng)設(shè)置為0.02 °.利用日本日立公司的F4600熒光光度計(jì)測(cè)試Gd2O3∶Eu3+熒光粉的熒光光譜，掃描電壓為700 V，狹縫寬度為2.5 nm 掃描速度為1200 nm/min.Gd2O3∶Eu3+，Yb3+熒光粉熒光光譜應(yīng)用英國(guó)愛(ài)丁堡公司FLS 920穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀(FLS 920)，該光譜儀采用450 W的Xe燈作為激發(fā)光源.

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品晶體結(jié)構(gòu)表征

圖樣品的XRD譜圖Fig.1 XRD patterns of

3.2 Gd2O3∶Eu3+的熒光粉的制備及發(fā)光性質(zhì)

3.2.1 Eu3+摻雜濃度的影響

為了考察Eu3+離子不同摻雜濃度對(duì)樣品的發(fā)光性能的影響，制備了Eu3+摻雜濃度分別為0.01、0.02、0.04、0.06的Gd2O3熒光粉.在1000 ℃下晶化2 h，測(cè)得的激發(fā)和發(fā)射光譜如圖2.

圖2 Gd2-xO3∶Eux3+的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜Fig.2 Excitation and Emission spectra of Gd2-xO3∶Eux3+

3.2.2 晶化溫度的影響

圖3 不同晶化溫度，的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜Fig.3 Different calcination temperatures，excitation and emission spectra of

3.2.3 晶化時(shí)間對(duì)發(fā)光的影響

圖4 不同晶化時(shí)間下的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜Fig.4 Different calcination time，excitation and emission spectra of

如圖4所示，晶化時(shí)間從1 h到4 h，樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜的位置基本沒(méi)有變化，但峰強(qiáng)隨著晶化時(shí)間的增加，峰強(qiáng)先增強(qiáng)再減弱.當(dāng)晶化時(shí)間為3 h時(shí)，樣品的激發(fā)光譜的峰值和發(fā)射光譜的峰值的強(qiáng)度為最強(qiáng).

3.3 Gd2O3∶Eu3+,Yb3+的熒光粉發(fā)光性質(zhì)

圖的激發(fā)光譜Fig.5 Excitation spectra of

圖的發(fā)射光譜

4 結(jié)論